最近，美国宇航局(NASA)宣布了一个新项目，利用气球将一架2.5米高的望远镜送入平流层，建造一个空中观测站。工作队最近完成了天文台有效载荷的设计，包括望远镜、科学仪器以及冷却和电子系统。项目工程师将开始整合和测试这些子系统，以验证它们的性能是否符合预期。如果一切顺利，天文台将在2023年年底前从南极起飞。

气球与其他观测手段相比有什么优势？随着技术的进步，这种古老的飞行器会继续存在于观测任务中吗？考虑到这些问题，科技日报记者采访了华中科技大学物理学院副院长吴庆文教授。

保护地球大气层也是一个障碍。

地球表面有厚厚的大气层，大气有效地保护地球表面不受宇宙射线、紫外线、太阳风粒子和其他辐射的致命轰击。大气是地球上生命诞生的必要条件。

然而，地球大气层是天文观测的一个障碍。"吴清文说。首先，由于地球大气层吸收、反射和散射电磁波，宇宙中的许多电磁信号无法直接到达地球。少数电磁波可以穿透地球大气层，我们称之为"大气窗口"。目前，地球上大气窗口的主要大气包括光学波段、近红外波段和无线电波带，但它对远红外、毫米波、紫外线、X射线和伽马射线几乎是透明的。

吴清文说，每一扇窗户都能给我们带来丰富的宇宙信息，为了更深入地了解宇宙，我们必须跨越地球大气层的屏障，此外，地球大气的湍流也会导致天体图像闪烁，造成图像失真，为了从根本上克服地球大气层对天文观测的影响，必须在大气之外放置双筒望远镜。

太空探索的主要运载工具包括高空气球、飞行器和火箭，其中气球是一架有200多年历史的古老飞机。宇宙射线的发现是奥地利物理学家维克托·赫斯1912年在气球上进行实验的结果。第二次世界大战后，气球的重量轻、强度高、性能先进，使得气球规模大，可以进入上层平流层，这极大地促进了大气科学、空间天文学和宇宙射线的观测和研究。

高空气球还可以进行空间载荷试验、遥感实验、生命科学实验等。吴清文说，考虑到空间实验需要仪器的相对成熟，任何问题都可能带来不可估量的损失，而高空气球探测具有成本低、效果快、重复性好等特点，仍然是许多空间和大气科学实验的理想平台。正因为如此，许多科学卫星对高空气球进行了实验验证.例如，2015年发射的"乌孔"暗物质探测卫星和2017年发射的"眼睛"X射线卫星已经在一些气球飞行实验中进行了预验证和测试，该项目只有在技术成熟之后才获得批准。

在过去的几十年里，空间天文学取得了迅速的进展，在大多数波段都有空间望远镜。例如，光学波段的哈勃空间望远镜、X射线波段的钱德拉卫星和牛顿卫星、伽马射线波段的费米卫星等等。这些空间观测项目极大地扩展了人类对宇宙的视觉和理解。

红外波段恒星观测

美国宇航局计划使用气球向平流层发射一台名为ASTHROS的望远镜，在2023年前后的几周内，使用亚毫米波到远红外波段。ASTHROS将是有史以来乘坐气球的最大双筒望远镜。望远镜需要上升到40公里的高度，这比卫星平均高度低得多，但它能够避免在远红外线和亚毫米波波段的大气吸收。

吴庆文说，红外望远镜探测器需要保持很低的温度，大多数望远镜通常使用液氦来冷却探测器。ASTHROS 采用了一种新的方法，利用太阳能将超导探测器保持在 -268 附近。摄氏 5 度（接近绝对零度）。低温冷却器比传统的液氦冷却器轻得多，大大减轻了有效载荷的重量，可以在平流层工作几个星期。

红外线波段的光可以穿透尘埃，看到光学波段看不到的低温物体，因此红外波段的一个重要观测目标是恒星和恒星形成区域，例如科学家经常利用红外波段观测银河系尘埃中心。" 吴庆文说。

因此，ASTHROS 的主要科学任务也集中在恒星物理上，它携带的仪器可以用来测量新形成的恒星周围气体的运动和速度。通过气体密度、速度和运动的三维信息揭示了大质量恒星和超新星爆炸产生的星风物理，从而了解了恒星的反馈过程，即恒星死亡时剧烈的爆发分散了周围的星际介质，从而阻止了恒星的进一步形成。ASTHROS 还将观测 TW 周围尘埃和气体的质量和分布，这可能有助于我们了解恒星周围行星的形成，例如了解太阳系中八颗行星的形成机制。因此，ASTHROS 将能够为人类带来丰富的恒星物理信息。

吴庆文说，如果实验成功，科学家将继续发射卫星或使用更大的探测望远镜进行深入研究。